CN106633313A - 一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法 - Google Patents

一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法，所述瓶盖的主料为三元混合树脂材料，其中的聚乙烯树脂具备良好的耐低温性能，通过在聚乙烯树脂和聚丙烯树脂中引入ABS树脂，提升了改性塑料的力学性能，通过使用特定成分的相容剂，克服了ABS树脂耐溶剂性能差的缺点。本发明采用压塑加工制备瓶盖，温度较低，收缩量小，制盖尺寸较为精确；压塑每个模腔相对独立，可以单独更换。采用特定工艺制备的增塑剂，配合选用合适的耐候剂、增韧剂和防开裂剂，进一步提升改性塑料的韧性和耐候性，使得改性塑料适用的温度方位大大提升。本发明添加经超声处理的纳米氧化锡锑一方面可以增强塑料的耐低温性，又可以保持塑料瓶盖的应有的寿命和功能。

Description

一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法
技术领域
本发明涉及瓶盖制造领域，尤其涉及一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法。
背景技术
矿泉水是当今具有巨大市场的快消产品。市售的矿泉水多用塑料瓶灌装，并用塑料瓶盖密封。从材质上讲一般分为PP类和PE类。PP料类多用于气体饮料瓶盖垫片及瓶盖使用，耐热不变形，表面强度高，化学稳定性好，缺点是韧性差，低温条件下易脆化，由于抗氧化性差，也不耐磨。这种材质的瓶盖多用于果酒，碳酸饮料瓶盖包装。PE料类多用于热灌装瓶盖及无菌冷灌装瓶盖，这种材质无毒，有较好的韧性和耐冲击性，也易于成膜，耐高低温，环境应力开裂性能较好，缺点是成型收缩大，变形厉害。
一般来说，塑料瓶盖的生产工艺大致分为两种：压塑盖生产工艺与注塑盖生产工艺。压塑盖的生产工艺：吸料机将混合好的材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，完成压塑盖生产。注塑盖的生产工艺：吸料机将混合好的材料吸进注塑机炮筒，在炮筒内加热到熔融塑化状态后，注射到模具型腔，在型腔内冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，完成注塑盖生产。压塑成型是近10年才出现的新工艺，但它对具有百年传统的注塑工艺发出了强有力的挑战，并取得了压倒性优势。
目前所使用的矿泉水塑料瓶盖的材质及其制造方式，使得其使用温度范围比较窄，在冷藏或冷冻的状态下，变得很硬很脆。特别是PP瓶盖，在低温下脆性增加，当瓶盖储存库房温度低于18℃时，使用前须将瓶盖放置在温度高于18℃的环境中24小时，极大影响了其使用范围和便利性。
聚乙烯(PE)是五大合成树脂之一，聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯。在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100～-70℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)。
改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上，经过填充、共混、增强等方法加工，提高了强度、抗冲击性、韧性等方面的性能的塑料制品。现有技术中的耐低温塑料有采用聚乙烯作为主要原料改性而成，但现有技术中的耐低温改性塑料的冲击韧性和热稳定性会显著下降，同时成型加工性能受到影响，特别是在成型瓶盖类的薄壁制件时，容易出现缺胶、分解气痕、制件脆裂等一系列的问题。
发明内容
本发明提供了一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法，解决了现有塑料矿泉水瓶盖的不足，本发明得到的矿泉水瓶盖在及时在冷冻的状态下使用，仍然具有较高的韧性、耐磨性能、以及抗冲击性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备树脂材料共混物
将聚乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯树脂按照质量比(6-8)：(4-7)：(2-5)均匀混合后得到混合物，添加混合物质量的2.5％-4％的相容剂，在215-230℃下熔融共混然后挤出造粒，得到树脂材料共混物；
所述ABS树脂为本体聚合法制备所得的粘均分子量为90000-130000的ABS树脂，该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5-10wt.％，丙烯腈形成的链段含量为18-35wt.％，其余为苯乙烯形成的链段，且该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为150-200nm；
(2)按照如下重量份配料：
(3)将上述所有配料在高速混合机充分混合20-40min，得到预混料；
将预混料经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区150-160℃、二区170-180℃、三区190-200℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区205-215℃、七区190-200℃、八区210-220℃、九区220-230℃、十区200-210℃，双螺杆挤出机的长径比为20-35：1，螺杆转速为300-400r/min，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥，得到耐低温改性塑料；
(4)吸料机将上述耐低温改性塑料材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，得到矿泉水瓶盖。
优选的，所述增塑剂由以下成分制成：脂肪酸甲酯7-9、碳铵0.1-0.3、柠檬酸三乙酯2-5、双氧水0.2-0.4、植物甾醇0.2-0.5；所述环保增塑剂的制备方法为：
将碳铵、柠檬酸三乙酯、植物甾醇添加到反应釜中，搅拌均匀后，加热至35-45℃，保温5-10分钟；
将脂肪酸甲酯添加到反应釜中，与之前添加的物料搅拌均匀后，加热至36-48℃，保温5-8分钟；
将双氧水添加到反应釜中，加热至55-65℃，压力调节至2-3.5MPa，以100-150r/min转速进行搅拌20-35分钟后，保温保压，静置1-3小时后，即得。
优选的，所述纳米氧化锡锑使用前，按照以下工艺进行处理：将纳米氧化锡锑，置于40-50KHz的超声清洗仪中，利用无水乙醇超声30-50min；超声完毕后，用无水乙醇洗涤4-6次，70-80℃干燥至恒重。
优选的，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯接枝马来酸酐聚合物和聚丙烯酸酯-烯丙氧基甘油酯梳形聚合物的一种。
优选的，所述耐候剂为TINUVIN 234(德国巴斯夫)，所述防开裂剂为氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。
优选的，所述增韧剂为乳液聚合物法制备所得的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，该甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粒径为150-200nm，且其中丁二烯形成的橡胶的含量45-75wt.％。
优选的，所述抗氧剂为双亚水杨基二胺。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：(1)主料为三元混合树脂材料，其中的聚乙烯树脂具备良好的耐低温性能，通过在聚乙烯树脂和聚丙烯树脂中引入ABS树脂，提升了改性塑料的力学性能，通过使用特定成分的相容剂，克服了ABS树脂耐溶剂性能差的缺点；(2)本发明采用压塑加工制备瓶盖，温度较低，收缩量小，制盖尺寸较为精确；压塑每个模腔相对独立，可以单独更换；(3)采用特定工艺制备的增塑剂，配合选用合适的耐候剂、增韧剂和防开裂剂，进一步提升改性塑料的韧性和耐候性，使得改性塑料适用的温度方位大大提升；(4)添加经超声处理的纳米氧化锡锑一方面可以增强塑料的耐低温性，又可以保持塑料瓶盖的应有的寿命和功能。
具体实施方式
实施例一
将聚乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯树脂按照质量比6∶4∶2均匀混合后得到混合物，添加混合物质量的2.5％的相容剂，在215℃下熔融共混然后挤出造粒，得到树脂材料共混物。
所述ABS树脂为本体聚合法制备所得的粘均分子量为90000-130000的ABS树脂，该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5wt.％，丙烯腈形成的链段含量为18wt.％，其余为苯乙烯形成的链段，且该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为150-200nm。
按照如下重量份配料：
所述纳米氧化锡锑使用前，按照以下工艺进行处理：将纳米氧化锡锑，置于40KHz的超声清洗仪中，利用无水乙醇超声30min；超声完毕后，用无水乙醇洗涤4次，70℃干燥至恒重。
所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
所述耐候剂为TINUVIN 234(德国巴斯夫)，所述防开裂剂为氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。
所述增韧剂为乳液聚合物法制备所得的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，该甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粒径为150-200nm，且其中丁二烯形成的橡胶的含量45wt.％。所述所述抗氧剂为双亚水杨基二胺。
所述增塑剂由以下成分制成：脂肪酸甲酯7、碳铵0.1、柠檬酸三乙酯2、双氧水0.2、植物甾醇0.2；所述环保增塑剂的制备方法为：
将碳铵、柠檬酸三乙酯、植物甾醇添加到反应釜中，搅拌均匀后，加热至35℃，保温5分钟；
将脂肪酸甲酯添加到反应釜中，与之前添加的物料搅拌均匀后，加热至36℃，保温5分钟；
将双氧水添加到反应釜中，加热至55℃，压力调节至2MPa，以100-150r/min转速进行搅拌20分钟后，保温保压，静置1小时后，即得。
将上述所有配料在高速混合机充分混合20min，得到预混料。
将预混料经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区150℃、二区170℃、三区190-200℃、四区210℃、五区200℃、六区205℃、七区190℃、八区210℃、九区220℃、十区200℃，双螺杆挤出机的长径比为20∶1，螺杆转速为300r/min，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥，得到耐低温改性塑料。
吸料机将上述耐低温改性塑料材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，得到矿泉水瓶盖。
实施例二
将聚乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯树脂按照质量比7∶5∶4均匀混合后得到混合物，添加混合物质量的3％的相容剂，在220℃下熔融共混然后挤出造粒，得到树脂材料共混物。
所述ABS树脂为本体聚合法制备所得的粘均分子量为90000-130000的ABS树脂，该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为8wt.％，丙烯腈形成的链段含量为25wt.％，其余为苯乙烯形成的链段，且该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为150-200nm。
按照如下重量份配料：
所述纳米氧化锡锑使用前，按照以下工艺进行处理：将纳米氧化锡锑，置于45KHz的超声清洗仪中，利用无水乙醇超声40min；超声完毕后，用无水乙醇洗涤5次，75℃干燥至恒重。
所述相容剂为苯乙烯接枝马来酸酐聚合物。
所述耐候剂为TINUVIN 234(德国巴斯夫)，所述防开裂剂为氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。
所述增韧剂为乳液聚合物法制备所得的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，该甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粒径为150-200nm，且其中丁二烯形成的橡胶的含量55wt.％。所述所述抗氧剂为双亚水杨基二胺。
所述增塑剂由以下成分制成：脂肪酸甲酯8、碳铵0.2、柠檬酸三乙酯3、双氧水0.3、植物甾醇0.4；所述环保增塑剂的制备方法为：
将碳铵、柠檬酸三乙酯、植物甾醇添加到反应釜中，搅拌均匀后，加热至40℃，保温8分钟；
将脂肪酸甲酯添加到反应釜中，与之前添加的物料搅拌均匀后，加热至42℃，保温7分钟；
将双氧水添加到反应釜中，加热至60℃，压力调节至3MPa，以140r/min转速进行搅拌25分钟后，保温保压，静置2小时后，即得。
将上述所有配料在高速混合机充分混合30min，得到预混料。
将预混料经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区155℃、二区175℃、三区195℃、四区215℃、五区205℃、六区210℃、七区195℃、八区215℃、九区225℃、十区205℃，双螺杆挤出机的长径比为20-35∶1，螺杆转速为350r/min，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥，得到耐低温改性塑料。
吸料机将上述耐低温改性塑料材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，得到矿泉水瓶盖。
实施例三
将聚乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯树脂按照质量比8∶7∶5均匀混合后得到混合物，添加混合物质量的4％的相容剂，在230℃下熔融共混然后挤出造粒，得到树脂材料共混物。
所述ABS树脂为本体聚合法制备所得的粘均分子量为90000-130000的ABS树脂，该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为10wt.％，丙烯腈形成的链段含量为35wt.％，其余为苯乙烯形成的链段，且该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为150-200nm。
按照如下重量份配料：
所述纳米氧化锡锑使用前，按照以下工艺进行处理：将纳米氧化锡锑，置于50KHz的超声清洗仪中，利用无水乙醇超声30-50min；超声完毕后，用无水乙醇洗涤6次，80℃干燥至恒重。
所述相容剂为聚丙烯酸酯-烯丙氧基甘油酯梳形聚合物。
所述耐候剂为TINUVIN 234(德国巴斯夫)，所述防开裂剂为氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。
所述增韧剂为乳液聚合物法制备所得的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，该甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粒径为150-200nm，且其中丁二烯形成的橡胶的含量75wt.％。所述所述抗氧剂为双亚水杨基二胺。
所述增塑剂由以下成分制成：脂肪酸甲酯9、碳铵0.3、柠檬酸三乙酯5、双氧水0.4、植物甾醇0.5；所述环保增塑剂的制备方法为：
将碳铵、柠檬酸三乙酯、植物甾醇添加到反应釜中，搅拌均匀后，加热至45℃，保温10分钟；
将脂肪酸甲酯添加到反应釜中，与之前添加的物料搅拌均匀后，加热至48℃，保温8分钟；
将双氧水添加到反应釜中，加热至65℃，压力调节至3.5MPa，以150r/min转速进行搅拌35分钟后，保温保压，静置3小时后，即得。
将上述所有配料在高速混合机充分混合40min，得到预混料。
将预混料经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区160℃、二区180℃、三区200℃、四区220℃、五区210℃、六区215℃、七区200℃、八区220℃、九区230℃、十区210℃，双螺杆挤出机的长径比为35∶1，螺杆转速为400r/min，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥，得到耐低温改性塑料。
吸料机将上述耐低温改性塑料材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，得到矿泉水瓶盖。
经测试，本发明各实例中的实施例的瓶盖(瓶盖直径为30mm，壁厚为1.5mm，高度为15mm)，主要技术指标如下表所示：
由上表可知，本发明得到的矿泉水瓶盖的力学性能好，在低温下依然具备较好的韧性和耐性。

Claims (7)

1.一种耐低温矿泉水瓶盖的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备树脂材料共混物
将聚乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯树脂按照质量比(6-8)∶(4-7)∶(2-5)均匀混合后得到混合物，添加混合物质量的2.5％-4％的相容剂，在215-230℃下熔融共混然后挤出造粒，得到树脂材料共混物；
所述ABS树脂为本体聚合法制备所得的粘均分子量为90000-130000的ABS树脂，该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的含量为5-10wt.％，丙烯腈形成的链段含量为18-35wt.％，其余为苯乙烯形成的链段，且该ABS树脂中丁二烯形成的橡胶的数均粒径为150-200nm；
(2)按照如下重量份配料：
(3)将上述所有配料在高速混合机充分混合20-40min，得到预混料；
将预混料经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，所述混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：一区150-160℃、二区170-180℃、三区190-200℃、四区210-220℃、五区200-210℃、六区205-215℃、七区190-200℃、八区210-220℃、九区220-230℃、十区200-210℃，双螺杆挤出机的长径比为(20-35)∶1，螺杆转速为300-400r/min，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥，得到耐低温改性塑料；
(4)吸料机将上述耐低温改性塑料材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，得到矿泉水瓶盖。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑剂由以下成分制成：脂肪酸甲酯7-9、碳铵0.1-0.3、柠檬酸三乙酯2-5、双氧水0.2-0.4、植物甾醇0.2-0.5；所述环保增塑剂的制备方法为：
将碳铵、柠檬酸三乙酯、植物甾醇添加到反应釜中，搅拌均匀后，加热至35-45℃，保温5-10分钟；
将脂肪酸甲酯添加到反应釜中，与之前添加的物料搅拌均匀后，加热至36-48℃，保温5-8分钟；
将双氧水添加到反应釜中，加热至55-65℃，压力调节至2-3.5MPa，以100-150r/min转速进行搅拌20-35分钟后，保温保压，静置1-3小时后，即得。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米氧化锡锑使用前，按照以下工艺进行处理：将纳米氧化锡锑，置于40-50KHz的超声清洗仪中，利用无水乙醇超声30-50min；超声完毕后，用无水乙醇洗涤4-6次，70-80℃干燥至恒重。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯接枝马来酸酐聚合物和聚丙烯酸酯-烯丙氧基甘油酯梳形聚合物的一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐候剂为TINUVIN 234(德国巴斯夫)，所述防开裂剂为氢化的苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增韧剂为乳液聚合物法制备所得的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物，该甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的粒径为150-200nm，且其中丁二烯形成的橡胶的含量45-75wt.％。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗氧剂为双亚水杨基二胺。
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